纯铜表面纳米化后沉积镍磷合金镀层的研究

张琼

摘 要：纯铜经过纳米化后，在其表面沉积得到了镍磷合金层，并对镀层的形貌、结合力、耐磨性等性能进行了分析。结果表明：经过纳米化后基体表面镀层沉积速率较快，且基体与镀层的结合力和耐磨性都较好。

关键词：纯铜表面纳米化；结合力；耐磨性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.14.003

1 前言

Ni-P化学镀层是在外加还原剂的作用下，主盐中的镍离子发生还原反应，在基体表面沉积为镍的过程。目前化学镀Ni-P合金镀层因其优良的性能虽然应用较多[1-4]，但是主要都是研究镀层本身的成分、结构对其性能的影响[5-9]。化学镀层是因为基体材料表面有活化中心才能进行沉积的，基体材料的组织结构会直接影响镀层的结构和性能。鉴于纳米材料一系列的特殊性能[10-12]，本试验分别在纯铜基体和纳米化后的纯铜基体表面沉积得到了Ni-P镀层，通过XRD、金相显微镜、划痕仪、微摩擦磨损试验机等分析比较了两种基体表面镀层的形貌、结合力和耐磨性等性能。

2 试验材料与方法

试验材料选用经过和未经过表面纳米化的10mm×10mm×8mm纯铜块，如图1所示：

镀液配方及工艺：硫酸镍37g/L；次亚磷酸钠35g/L；柠檬酸钠30 g/L；氯化铵1mol/L；乳酸16ml/L；温度80±2℃；PH=7.0；时间3h。

通过金相显微镜对镀层表面形貌及镀层厚度进行了观察；采用微摩擦磨损试验机测试了镀层的耐磨性能，并用金相显微镜观察了磨损试验后镀层表面形貌；采用WS-92划痕仪测试了镀层与基体的结合力。

3 试验结果与讨论

3.1 镀层外观

图2为两种基体表面化学镀Ni-P合金的照片，本实验化学镀液中没有加入专门的有机光亮剂，从图中可以看到，在两种基体表面得到了光亮均匀的化学镀层，且镀层呈银白色，光亮度很好，表面均匀，无未覆盖的部位，无麻点、针孔，没有出现裂纹、起皮、剥落等缺陷。

3.2 镀速比较

本实验用横断面金相法对沉积速度进行比较，在金相显微镜下得到了试样横截面的照片，如图3所示，图a为经过纳米化后的纯铜基体表面化学镀Ni-P样品截面照片，图b为纯铜基体表面化学镀Ni-P样品截面照片。可以看到，经过纳米化后的纯铜基体表面沉积的镀层较厚，镀层厚度约为49.6um，沉积速度约为19.84um/h，与未经过纳米化的纯铜基体表面沉积的合金层相比，厚约8um。说明经过纳米化后的纯铜基体表面沉积Ni-P合金的速率较快，这是因为经过纳米化处理后，基体表面晶粒尺寸变小，单位面积上的催化活性中心增多，所以相同条件下的沉积速率变大。

3.3 镀层与基体的结合力

本实验通过WS-92划痕仪对镀层与基体的结合力进行了测量，加载速度为100N/M，划痕长度5mm。如图4所示为两种基体表面镀层的结合力曲线，从图中可以看出：表面经过纳米化后的纯铜基体与Ni-P镀层的结合力比较好，这是因为经过纳米化的基体与镀层之间产生的机械咬合力较多，使得结合力增大。另一方面，经过纳米化处理后，基体表面会变得凹凸不平，这也有利于镀层与基体之间的机械咬合而增加结合力。

图5为两种基体表面的镀层进行结合力测试后的表面划痕照片，照片在体式显微镜下得到。从图中可以看到，本实验得到的镀层表面平整，没有出现脱皮、鼓泡等缺陷，并且划痕试验后镀层也均未出现任何剥落和开裂现象，说明镀层与基体结合力很好。同时，还可以看到，经过纳米化处理的基体表面沉积的镀层划痕更窄更浅，这主要是跟镀层的硬度有关，一般镀层越硬，划痕越不明显，说明经过纳米化处理的基体表面沉积的镀层硬度也比较高。

3.4 镀层耐磨性能

图6为两种基体表面镀层的摩擦磨损曲线，从图中可以看到经过纳米化后的基体表面沉积的镀层摩擦状态更加稳定，并且在进入稳定的摩擦状态后，其摩擦系数也更小，说明经过纳米化后的基体表面得到的镀层减摩性能较好。

图7为经过纳米化处理后基体表面镀层在摩擦磨损试验后的形貌，从图中可以看到，镀层表面只是表面胞状组织轻微受到磨损，并且磨痕较浅，说明经过纳米化处理后基体表面镀层的耐磨性能较好。

4 小结

（1）本实验在表面经过纳米化处理的基体表面也得到了银白色、光亮、均匀的Ni-P镀层，并且构成镀层的胞状组织大小均匀，镀层结合致密。

（2）经过纳米化处理后，基体表面沉积Ni-P合金层的速度较快，基体与镀层的结合力较好，基体表面沉积的镀层耐磨性能也较好。

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